如果说大自然是神奇的发明家，从无到有、从少到多地创造了世间万物，而人脑一定是其最伟大的发明之一。人脑并非横空出世，而是经历了自然界亿万年的演化历程。
原始的单细胞动物（如变形虫）和低等的多细胞动物（如海绵）没有神经系统，它们只能够被动地适应环境，环境适合就生长繁殖，环境不好就死亡。到了腔肠动物（如水螅）才出现神经网，这是最简单的神经系统，它增强了水螅捕食和躲避伤害的能力。
环节动物（如蚯蚓）的神经元开始集中，形成了神经节并组成了神经链。神经链的产生使蚯蚓有更敏锐的触觉和运动能力。蚯蚓可以根据树叶的形状采取不同的方式来拖拉，对窄树叶会抓其柄部，对宽树叶则抓其尖端，更有效地把树叶拖入洞中。
螃蟹、蜜蜂和蚂蚁为代表的节肢动物出现了脑神经节、足神经节和腹神经节。其中脑神经节特别大，已经有能力“领导”全身的行为了。
距今4.8亿年的奥陶纪出现了原始的脊椎动物——鱼。鱼类出现了比较成型的脑，但是容积很小、表面光滑。鱼类中鳗鲡的脑仅占体重0.005%。爬行动物出现了比较发达的大脑半球，鸟类和哺乳动物的脑功能越来越复杂精巧，适应环境的能力也更强。
哺乳动物当中有一些相当聪明的物种，比如，海豚的脑重约1600克，占体重0.9%，它的神经元分布的密度也和人脑相似。海豚被认为是目前地球上智力最高的生物之一。但是，海豚为什么没有进化得更加完美？很大的原因是海洋生活造成的限制——没有灵巧的能够制造工具的双手。
黑猩猩的脑重占体重0.7%，它们有较高水平的感知能力，有哭和笑这类面部表情，会利用简单的声音进行交流，会利用工具取食。它们为什么没能进化成人类？这和食性有关，它们只吃植物和少量昆虫，而吃鱼类等含有丰富蛋白质和脂类的食物，对人类大脑的进化发挥了至关重要的作用；也和环境有关，它们停滞在热带森林里相对安逸，而不像人类祖先那样走出森林，在复杂多变的环境里物竞天择。
大约250万年前，地球上出现了会制造工具、从事劳动的原始人类（能人）。能人的脑重只有现代人的1/3至1/2，他们已经学会了使用工具，并渐渐开始直立行走。大约25万年前至3万年前是尼安德特人（早期智人）繁荣的时期，他们分布于欧洲和中亚等地区，以狩猎为生。尼安德特人的脑重与现代人相当，他们会制造并使用各样的石制工具和木制长矛，埋葬死者，照料生病或受伤的人，具有了和现代人相似的理性和情感。2.4万年前，他们神秘地消失了，取而代之的是另一支从原始人类进化而来的晚期智人。
